周智 王璞 楊想響 曾杰 宋家豪 楊文武 李雪梅

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與當前的大棚種植技術(shù)相結(jié)合，可使大棚蔬菜的產(chǎn)量和質(zhì)量有顯著提高。文章介紹了將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與大棚種植相結(jié)合，作用于大棚內(nèi)部環(huán)境，改善植物的生長條件，并對可能存在的問題提出了解決方法，總結(jié)了物聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)結(jié)合的發(fā)展前景及意義。

關(guān)鍵詞：大棚蔬菜;種植技術(shù);物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用

0 ? 引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與大棚種植技術(shù)相結(jié)合，將灌溉、溫控等設備通過傳感器和檢測裝置與計算機互相連接，研究制造適于植物生長的人工環(huán)境，形成植物種植控制系統(tǒng)，是本文研究的主要目的。

1?近年大棚的發(fā)展情況

借助科技的發(fā)展，西方國家對大棚種植技術(shù)研究的很早。比如美國，早在1949年就搭建了一個人工氣候室，通過研究植物的生長環(huán)境開發(fā)出了“新型高級蔬菜控制系統(tǒng)”。隨后，其他國家在大棚種植方面的研究也有所突破。隨著科技的不斷發(fā)展，應用在大棚蔬菜上的技術(shù)也在不斷更新迭代。相較于其他國家，我國對于大棚技術(shù)的研究和發(fā)展都比較晚，直至20世紀70年代國家才開始著重開展大棚技術(shù)，但是在當時主要的研發(fā)設備依然是來自國外。進入90年代后，我國開始自主研發(fā)大棚種植技術(shù)，截止到2019年，中國大棚種植面積已達到1 090千公頃，溫室種植面積有373千公頃（如圖1所示），預計到2025年大棚面積約為1 285千公頃，溫室面積約為493千公頃。但由于我國起步晚，所以在此方面仍然任重道遠。

筆者目標是研究出一套能夠使大棚蔬菜的產(chǎn)量、質(zhì)量都能達到優(yōu)品的系統(tǒng)。當下最好的方法就是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與大棚種植技術(shù)相結(jié)合，將大棚的設備，如灌溉系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)等通過傳感器和檢測裝置與計算機相連接，即可實時監(jiān)測所有大棚的各項數(shù)據(jù)并記錄、保存、分析，可對大棚內(nèi)的異?，F(xiàn)象進行修正。這樣的運行方式使工作人員即使不在大棚基地也可對大棚進行各種操作，大大提高了工作的效率[1]。

2 ? 大棚的基礎設施

無論是剛開始的大棚蔬菜種植技術(shù)還是以后即將研究的新技術(shù)，總要有良好的基礎來為研究做鋪墊。首先是土地的選擇。無論是有土栽培還是無土種植，良好的土地條件才能種出好蔬菜。大棚種植對土地有著較高的要求，需要平整的、精細的土地，還要對土地進行翻新、除蟲等其他整理。另外，由于大棚環(huán)境與外界不同，所以應適量施肥。其次是大棚結(jié)構(gòu)的設計。大棚結(jié)構(gòu)關(guān)系到以后給大棚配置什么樣的控制系統(tǒng)。再就是選擇合適的蔬菜品種，應根據(jù)大棚的位置和規(guī)模來選擇。比如說棚型跨度8～12 m的，最好選擇耐低溫、耐高濕、生長周期較短的品種，如黃瓜、番茄等。另外，要合理利用“棚氣”。大棚有密閉性，要合理通風，還要在早上和其他時間補充CO氣體肥料或其他養(yǎng)分來促進蔬菜生長;要控制大棚內(nèi)的溫度，大棚蔬菜以喜溫型為主，最佳溫度在? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 25～33 ℃，最低溫度不能低于0 ℃，最高不能超過44 ℃，超過33 ℃時要降溫;要定期給大棚通風，改善大棚濕度。還有就是灌溉方法，由于大棚內(nèi)水分蒸發(fā)和擴散的速度比較慢，所以采用滴灌澆水，尤其在陰天和晚上，大棚的濕度基本上是飽和的，所以采用滴灌澆水是更經(jīng)濟、環(huán)保的灌溉方法。

3物聯(lián)網(wǎng)應用的優(yōu)勢

傳統(tǒng)的大棚種植大都依賴人工操作，通常是在大棚內(nèi)部放置溫度計、氣體檢測裝置、濕度計等，然后由工作人員在固定時間內(nèi)對其進行讀數(shù)并記錄，之后將這些數(shù)據(jù)與之前所測得的數(shù)據(jù)作對比，若有異常情況，則要采取相關(guān)措施來修正。例如，當大棚內(nèi)部濕度不足時就要對大棚內(nèi)的蔬菜進行澆灌，提高室內(nèi)濕度。這些操作若在小面積的大棚內(nèi)實施可以較好地管理蔬菜，但是大棚的目的是高質(zhì)高量的種植蔬菜，前述方法就顯得不方便了，故采用物聯(lián)網(wǎng)與大棚結(jié)合的技術(shù)。在完成大棚的基礎建設后，就要開始搭建與大棚相應的智能環(huán)境控制系統(tǒng)，通過這套系統(tǒng)調(diào)控大棚的氣溫、空氣濕度、病蟲害防治等。通過控制這些因素可以使蔬菜的生長環(huán)境處于最佳狀態(tài)[2]。

4 物聯(lián)網(wǎng)在大棚的具體應用

這套系統(tǒng)由信號監(jiān)控及采集系統(tǒng)、中央計算機、控制系統(tǒng)組成。通過這3個部分之間的配合，實時監(jiān)控大棚的內(nèi)部環(huán)境，當某一項生長因素的變化不利于蔬菜生長時，由控制系統(tǒng)對大棚進行干預，使得這一生長因素恢復正常。大棚的各種生長條件，如溫度、濕度、光照強度等一直在影響著蔬菜的生長。采用計算機網(wǎng)絡控制結(jié)構(gòu)對大棚內(nèi)的參數(shù)進行詳細的檢測，具體可以細分到土壤溫度、氣體溫度、水流量、土壤水分、相對濕度等，通過調(diào)控這些參數(shù)，使大棚的環(huán)境接近蔬菜的最佳生長條件。這套系統(tǒng)不僅可以應用在蔬菜的種植上，同樣可以應用在花卉種植以及幼苗繁育上[3]。

5 ? 物聯(lián)網(wǎng)+大棚的工作原理

這套系統(tǒng)的主要原理是使用不同的傳感器采集大棚內(nèi)部的各種參數(shù)，再將收集到的所有參數(shù)信息通過RS485總線輸送給232的轉(zhuǎn)換器，然后將各項信息以表格的形式顯示在計算機上并保存數(shù)據(jù)，同時將測得的數(shù)據(jù)與預先設置好的數(shù)值進行比較，判斷此時的環(huán)境是否已經(jīng)不適合蔬菜生長，若此時某項參數(shù)不在正常范圍內(nèi)，那么監(jiān)控中心將立刻對控制系統(tǒng)發(fā)出指令，控制水泵、照明系統(tǒng)等來為大棚內(nèi)部調(diào)整濕度、光照強度等參數(shù)，使大棚內(nèi)部環(huán)境回歸至正常水平。如果有必要，也可以在檢測到大棚環(huán)境出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象時發(fā)出警報，以此來通知管理人員采取相應措施，維護大棚內(nèi)部環(huán)境。

6 物聯(lián)網(wǎng)+大棚系統(tǒng)的分析

物聯(lián)網(wǎng)的定義就是將所有的末端設備，包括傳感器、移動端、工業(yè)系統(tǒng)等與外在的車輛、個人攜帶的無線終端等通過有線或無線的長距離或短距離通信網(wǎng)絡實現(xiàn)互聯(lián)。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的特點，在大棚種植上也盡可能的使用。在單棟大棚內(nèi)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，用簡單的執(zhí)行模塊，如電機、風機等，組成有線或者無線傳感器網(wǎng)絡來采集大棚內(nèi)的參數(shù)，再通過記錄、分析進而對大棚執(zhí)行灌溉、換氣、調(diào)整光照強度等指令，使大棚恢復適宜蔬菜生長的條件。對于大片的大棚園區(qū)，可通過物聯(lián)網(wǎng)對信息實現(xiàn)全自動的檢測與調(diào)控，通過配備各類傳感器，可同時檢測各種參數(shù)，利用傳感器采集的各種數(shù)據(jù)更詳細地了解蔬菜的生長狀態(tài)。大量的采集數(shù)據(jù)不僅可以實時對大棚環(huán)境進行監(jiān)測，還可以對當?shù)貐^(qū)域大棚種植的情況進行詳細分析，從而使人們對物聯(lián)網(wǎng)下的大棚運營有清楚的認知，從整套系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)缺點及不足并改進。

7 物聯(lián)網(wǎng)+大棚的前景和意義

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以使得大棚種植的效率大幅提升。由于大棚內(nèi)傳感器監(jiān)測到的所有數(shù)據(jù)都會匯集到控制中心，并且會由控制系統(tǒng)對大棚環(huán)境進行調(diào)控，所以可以節(jié)省很多人力，同時也節(jié)省很多時間。而且通過大棚的控制系統(tǒng)對大棚環(huán)境調(diào)控，可以更加高效。在溫室大棚應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也可以提高產(chǎn)物的品質(zhì)，把控植物的生長周期，使利益最大化，特別是可以高效而又精準的調(diào)控溫室環(huán)境，這也是行業(yè)內(nèi)很多人看好“物聯(lián)網(wǎng)+溫室大棚”的原因之一。在農(nóng)業(yè)上應用自動控制和計算機技術(shù)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，也使得大棚種植技術(shù)更加適用。同時，智能手機和物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，使大棚用戶可以更加方便地接收溫室大棚的數(shù)據(jù)信息，分析和調(diào)控植物的生長環(huán)境，實現(xiàn)大棚蔬菜的產(chǎn)量、質(zhì)量都能達到優(yōu)品的目標。相信物聯(lián)網(wǎng)與溫室大棚智能監(jiān)測與控制系統(tǒng)未來在農(nóng)業(yè)上會得到更廣泛的應用。

[參考文獻]

[1]王向軍.日光溫室物聯(lián)網(wǎng)設計研究—基于傳感器智能網(wǎng)絡操控系統(tǒng)[J].農(nóng)機化研究，2014（8）：189-192.

[2]馬君嶺.大棚蔬菜越夏高產(chǎn)栽培技術(shù)[J].農(nóng)家顧問，2014（6）：41-42.

[3]駱秀斌.智能溫室大棚系統(tǒng)的研究與設計[D].淮南：安徽理工大學，2017.

（編輯 姚 鑫）